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EP2212517A1 - Method for operating a compressor device and associated compressor device - Google Patents

Method for operating a compressor device and associated compressor device

Info

Publication number
EP2212517A1
EP2212517A1 EP08854683A EP08854683A EP2212517A1 EP 2212517 A1 EP2212517 A1 EP 2212517A1 EP 08854683 A EP08854683 A EP 08854683A EP 08854683 A EP08854683 A EP 08854683A EP 2212517 A1 EP2212517 A1 EP 2212517A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
cooling
chamber
pressure
cooling medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08854683A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ludger Alfes
Wolfgang Zacharias
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP08854683A priority Critical patent/EP2212517A1/en
Publication of EP2212517A1 publication Critical patent/EP2212517A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0606—Canned motor pumps
    • F04D13/062—Canned motor pumps pressure compensation between motor- and pump- compartment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0686—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven specially adapted for submerged use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a compressor device and a compressor device having an electric drive, a compressor chamber and a cooling chamber adjacent to the compressor chamber, wherein the compressor chamber is surrounded by a partition in the form of a tube which encapsulates the compressor chamber with respect to a cooling space and the Refrigerator is part of a cooling device and includes a cooling medium, which by a
  • Cooling circuit line out of the refrigerator and into it can be conveyed, wherein the cooling medium is used for dissipating heat, which is mainly produced by a stator of the electric drive.
  • Compressor devices it is common to cool the compressor room and to provide a adjacent to the compressor room refrigerator.
  • This partition may for example be a pipe which should be provided in a compressor device between the electric stator and the rotor.
  • Such a tube should be designed as thin as possible to achieve the desired electrical functionality.
  • such a thin-walled tube is limited in its pressure stability, so that with regard to the existing
  • Pressure compensation system ensures a positive pressure gradient between a lubricating and cooling fluid and the process medium, wherein the driving electric motor by means of a
  • a compressor unit in which a stator of an electric drive by means of a cylindrical partition wall is separated from a compressor chamber.
  • the strength requirements of such a partition are difficult to meet, especially at a high pressure level by means of conventional materials, which also meet the requirement profile with respect to the behavior in the electric field and the chemical resistance.
  • the solution according to the invention should be usable in particular for compressor devices in the oil and gas industry.
  • the pressure of the cooling medium is maintained during the operation of the compressor device above the pressure of the compressor or compressor medium. According to the invention, this ensures that even with leaks on a partition between the compressor room and the refrigerator no gas from the
  • Compressor device can escape into the cooling medium.
  • the compressor device according to the invention is in view of the danger situation on the partition between
  • Compressor room and cold room particularly well secured.
  • the gas volume of the compressor chamber is securely sealed by the higher pressure in the cold room and the associated cooling circuit.
  • the system according to the invention in particular temperature and / or pressure-related volume changes in the cooling space are compensated by means of a balancing device by introducing and discharging cooling media into and out of the cooling space.
  • the system according to the invention and the associated method are furthermore independent with regard to the actual size or the volume of the cooling circuit of the compressor device. Regardless of whether a large or a small volume of the cooling circuit is present, the volume can always be completely filled by means of the balancing device according to the invention.
  • gas bubbles are also preferably removed from the cooling medium by means of a venting device.
  • Venting also contributes to ensuring the invention, compared to the compressor room higher pressure in the refrigerator at.
  • the above-mentioned compensating device is also designed with a differential pressure regulator for regulating the differential pressure between the cooling space and the compressor space, which has a control piston and a control valve which can be actuated therewith.
  • a control piston acts advantageous on one side of the pressure of the compressor or the pressure prevailing in the compressor chamber.
  • On the other side of the control piston is in particular the pressure of the cooling medium, which, so that it can be kept higher than the pressure in the compressor chamber, is increased by an additional force acting on the control piston.
  • the differential pressure regulator is designed with a control piston, which has a first piston chamber fluidly connected to the cooling chamber and a second piston chamber fluidly connected to the compressor chamber and in which the control piston is biased on the side of the second piston chamber resiliently toward the first piston chamber.
  • the resilient bias of this type generates in the first piston chamber an increase in pressure in comparison to the second piston chamber, so that in this way the pressure of the cooling medium, as provided according to the invention, is kept higher than the pressure of the compressor medium.
  • the compensation device according to the invention is further preferred with a differential pressure measuring device for measuring designed the differential pressure between the refrigerator and the compressor room.
  • Differential pressure measuring device determined during operation of the compressor device according to the invention, the said differential pressure and generates a signal that at low or no differential pressure with the above-mentioned compensation device cooling medium is introduced into the cooling circuit in the refrigerator.
  • the compensation device is preferred with a
  • Pressure generator for Nachellen cooling medium designed in the refrigerator which in particular, as explained above, can be actuated by the differential pressure measuring device.
  • the compensation device is preferably designed with a pressure relief for discharging cooling medium from the cooling space, which can be actuated in particular by the above-mentioned control piston.
  • a pressure relief may also advantageously be provided on the pressure generator, a pressure relief valve and / or a safety valve.
  • differential pressure protection between the pressure side of the cooling medium and the pressure side of the compressor medium are provided which ensure a pressure relief by means of a movable wall at an increased differential pressure between these two sides of a compressor according to the invention from a predetermined pressure threshold.
  • the FIGURE shows a highly schematic function diagram of an embodiment of a compressor device according to the invention.
  • a compressor device 10 is designed in the form of a turbocompressor and has a Compressor space 12 with a partially integrated drive (not shown) of the turbo compressor on.
  • a compressor chamber 12 In the compressor chamber 12 is a (not illustrated in detail) compressor medium.
  • the compressor chamber 12 is surrounded by a partition wall 14 in the form of a tube which encloses the compressor chamber 12 with respect to a cooling space 16.
  • the cooling space 16 is part of a cooling device 18 and includes a (not illustrated in detail) cooling medium, which by a
  • Cooling circuit line 20 from the refrigerator 16 and out into this can be conveyed.
  • the cooling medium serves to dissipate heat, which arises mainly through the stator of the electric drive.
  • a cooling pump 22 with an associated cooling pump drive 24 and a cooler 26 are connected in series.
  • a differential pressure control device 28 is provided which a
  • Control piston 30 has.
  • the control piston 30 separates a first piston chamber 32 from a second piston chamber 34, wherein in the first piston chamber 32, the pressure of the cooling medium and in the second piston chamber 34, the pressure of the compressor medium is present.
  • the second piston chamber 34 is also a spring element 36, by means of which the control piston 30 is urged resiliently in the direction of the first piston chamber 32. In this way prevails in the first piston chamber 32 in comparison to the second piston chamber 34 higher pressure.
  • a valve 38 is further actuated, by means of the cooling medium from the cooling circuit line 20 can be discharged. This discharging takes place when the volume of the cooling medium in the
  • Cooling circuit line 20 in the region between the cooling chamber 16 and the cooling pump 22 expands.
  • Such expansion of the cooling medium causes the control piston 30 in the direction is forced to the second piston chamber 34 and thereby the valve 38 is opened.
  • the valve 38 then releases a line to a refill and storage device 40 through which cooling medium can drain.
  • the valve 38 is arranged in the installed state in the system at the highest point. This ensures that the valve 38 assumes the function of a venting device and the system is vented via the valve 38.
  • a differential pressure measuring device 42 is provided to detect the differential pressure between the first piston chamber 32 and the second piston chamber 34 by measurement.
  • the differential pressure measuring device 42 has a measuring means 44 and a signal generator 46 of a predefined upper measuring threshold as well as a signal generator 48 of a predefined lower measuring threshold. If the
  • the signal generator 48 generates an electrical signal, which is passed to a controller 50 of a Nach Schollpumpenantriebs 52.
  • Nach spallpumpenantrieb 52 belongs to a refill pump 54, by means of the cooling medium from a storage tank 56 of the refill and storage device 40 past a safety valve 58 through a check valve 60 and a shut-off valve 62 can be introduced into the cooling circuit line 20.
  • the safety valve 58 secures the refilling and storage device 40 and essentially the line passing behind the pump 54 against overpressure z. B. with closed check valve 60 or closed shut-off, while the check valve 60 prevents a backflow of coolant from the cooling circuit line 20 back into the storage tank 56 during standstill of the refill 54.
  • the cooling medium is introduced by means of the refill pump 54 in the cooling circuit line 20 between the cooling chamber 16 and the cooling pump 22, so that so that the pressure in Refrigerator 16 and in the first piston chamber 32 is heard. This increase in pressure takes place until the signal generator 46 determines the upper measuring threshold for the pressure difference between the first piston chamber 32 and the second piston chamber 34.
  • a control valve 66 for introducing nitrogen into the storage tank 56 is provided at the refilling and storage device 40, which takes place in the case of cooling media which are sensitive to atmospheric moisture or atmospheric oxygen or which are sensitive to an external one
  • Atmosphere should be shielded.
  • differential pressure fuses 70 and 72 are interposed between the cooling chamber 16 and the compressor chamber 12, which at an excessive differential pressure between the compressor chamber 12 and the cooling chamber 16 on both sides (ie once in the direction of the compressor chamber 12 and once in the direction of the cooling chamber 16). from a predefined pressure threshold can form a pressure relief.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for operating a compressor device (10) and associated compressor device (10) having a compressor chamber (12) and a cooling chamber (16) adjoining the compressor chamber (12), the pressure of a cooling medium in the cooling chamber (16) being held above the pressure of a compressor medium in the compressor chamber (12) during operation of the compressor device (10).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Betrieb einer Verdichtervorrichtung und zugehörige VerdichtervorrichtungMethod for operating a compressor device and associated compressor device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verdichtervorrichtung und eine Verdichtervorrichtung mit einem elektrischen Antrieb, einem Verdichterraum und einem an den Verdichterraum angrenzenden Kühlraum, bei welchem der Verdichterraum von einer Trennwand in Gestalt eines Rohres umgeben ist, welche den Verdichterraum gegenüber einem Kühlraum kapselt und der Kühlraum Teil einer Kühleinrichtung ist und ein Kühlmedium beinhaltet, welches durch eineThe invention relates to a method for operating a compressor device and a compressor device having an electric drive, a compressor chamber and a cooling chamber adjacent to the compressor chamber, wherein the compressor chamber is surrounded by a partition in the form of a tube which encapsulates the compressor chamber with respect to a cooling space and the Refrigerator is part of a cooling device and includes a cooling medium, which by a
Kühlkreislaufleitung aus dem Kühlraum heraus und in diesen hineingefördert werden kann, wobei das Kühlmedium zum Abführen von Wärme dient, welche hauptsächlich durch einen Statorteil des elektrischen Antriebes entsteht.Cooling circuit line out of the refrigerator and into it can be conveyed, wherein the cooling medium is used for dissipating heat, which is mainly produced by a stator of the electric drive.
Bei bekannten Verdichtervorrichtungen bzw.In known compressor devices or
Kompressorvorrichtungen ist es üblich den Verdichterraum zu kühlen und dazu einen an den Verdichterraum angrenzenden Kühlraum vorzusehen. So ist es bei bekannten Kompressorvorrichtungen mit einem gemeinsamen Druckgehäuse für Antrieb und Kompressor bekannt, zur Trennung eines Verdichtermediums im Verdichterraum vom Kühlmedium im angrenzenden Kühlraum eine vergleichsweise dünne Trennwand vorzusehen. Diese Trennwand kann beispielsweise ein Rohr sein, welches bei einer Kompressorvorrichtung zwischen dessen elektrischem Stator und dem Rotor vorgesehen sein soll. Ein derartiges Rohr soll zur Erreichung der gewünschten elektrischen Funktionalität möglichst dünn gestaltet sein. Ein derart dünnwandiges Rohr ist in seiner Druckstabilität allerdings begrenzt, so dass im Hinblick auf die vorhandeneCompressor devices it is common to cool the compressor room and to provide a adjacent to the compressor room refrigerator. Thus, it is known in known compressor devices with a common pressure housing for drive and compressor to provide a comparatively thin partition for separating a compressor medium in the compressor chamber from the cooling medium in the adjacent cold room. This partition may for example be a pipe which should be provided in a compressor device between the electric stator and the rotor. Such a tube should be designed as thin as possible to achieve the desired electrical functionality. However, such a thin-walled tube is limited in its pressure stability, so that with regard to the existing
Drucksituation zwischen Verdichterraum und Kühlraum jegliches Gefahrenpotential ausgeschlossen werden muss. Damit selbst bei hohen Kompressordrücken mit vergleichsweise dünnwandigen Rohren gearbeitet werden kann, ist es bekannt den Druck des Kühlmediums mit Hilfe eines Kolbenspeichers kleiner oder gleich dem Kompressordruck zu halten. Ein derartiges System, wie es beispielsweise aus EP 1 482 179 Bl bekannt ist, ist allerdings sehr aufwendig zu justieren und kann gegebenenfalls durch einen Einschluss von Gasen, wie beispielsweise Luft, in den Medien in seiner Funktion erheblich gestört werden.Pressure situation between the compressor room and the refrigerator any danger potential must be excluded. Thus, even with high compressor pressures can be used with relatively thin-walled tubes, it is known to keep the pressure of the cooling medium by means of a piston accumulator less than or equal to the compressor pressure. However, such a system, as is known, for example, from EP 1 482 179 B1, is very expensive to adjust and, if appropriate, can be considerably disturbed in its function by the inclusion of gases, such as air, in the media.
Aus der WO 98/53182 ist bereits eine Mehrphasenpumpe für den unterseeischen Betrieb bekannt, bei der einFrom WO 98/53182 a multiphase pump for undersea operation is already known in which a
Druckausgleichssystem für ein positives Druckgefälle zwischen einer Schmier- und Kühlflüssigkeit und dem Prozessmedium sorgt, wobei der antreibende Elektromotor mittels einerPressure compensation system ensures a positive pressure gradient between a lubricating and cooling fluid and the process medium, wherein the driving electric motor by means of a
Wellendichtung von der fördernden Pumpe getrennt ist und das antriebsseitige Volumen vollständig mit der Schmier- und Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Die WO 00/73621 Al, die WO 2007/055589 Al, die WO 2005/003512 Al, die US 2,423,436, die EP 0 550 381 Al beschäftigen sich ebenfalls mit Pumpen oder Verdichtern, die einen von dem Strömungsaggregat mittels einer Dichtung separierten Antrieb aufweisen, so dass das zu fördernde Prozessfluid nicht mit dem Antrieb in Kontakt tritt. Derartige Dichtungen sind aufwendig, insbesondere bei hohen Anforderungen an die Dichtigkeit. Aus der WOShaft seal is separated from the conveying pump and the drive-side volume is completely filled with the lubricating and cooling fluid. WO 00/73621 A1, WO 2007/055589 A1, WO 2005/003512 A1, US 2,423,436, EP 0 550 381 A1 likewise deal with pumps or compressors which have a drive separated from the flow aggregate by means of a seal so that the process fluid to be delivered does not contact the drive. Such seals are expensive, especially for high demands on the tightness. From the WO
2007/110281 Al ist eine Verdichtereinheit bekannt, bei der ein Stator eines elektrischen Antriebs mittels einer zylindrischen Trennwand von einem Verdichterraum getrennt ist. Die Festigkeitsanforderungen an eine derartige Trennwand sind insbesondere bei einem hohen Druckniveau mittels herkömmlicher Materialien, die auch in Bezug auf das Verhalten in dem elektrischen Feld und die chemische Beständigkeit das Anforderungsprofils erfüllen, kaum zu erfüllen .2007/110281 Al a compressor unit is known in which a stator of an electric drive by means of a cylindrical partition wall is separated from a compressor chamber. The strength requirements of such a partition are difficult to meet, especially at a high pressure level by means of conventional materials, which also meet the requirement profile with respect to the behavior in the electric field and the chemical resistance.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Verdichtervorrichtung und eine zugehörige Verdichtervorrichtung zu schaffen, bei dem die oben genannten Probleme auf kostengünstige Weise gelöst und insgesamt ein gefahrenlos zu betreibender Kompressor selbst für hohe Kompressionsdrücke geschaffen ist. Die erfindungsgemäße Lösung soll insbesondere für Verdichtervorrichtungen in der Öl- und Gasindustrie verwendbar sein.It is an object of the present invention to provide a method of operating a compressor device and an associated compressor device in which the above-mentioned problems are solved in a cost-effective manner and as a whole safe to operate compressor even for high compression pressures is created. The solution according to the invention should be usable in particular for compressor devices in the oil and gas industry.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betrieb einer Verdichtervorrichtung gemäß Anspruch 1 und einer Verdichtervorrichtung gemäß Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with a method for operating a compressor device according to claim 1 and a compressor device according to claim 4. Advantageous developments of the solution according to the invention are described in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren und eine Verdichtervorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by a method and a compressor device according to the independent claims. The respective dependent claims contain advantageous developments of the invention.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Druck des Kühlmediums während des Betriebs der Verdichtervorrichtung über dem Druck des Verdichter- bzw. Kompressormediums gehalten. Erfindungsgemäß ist dadurch gewährleistet, dass selbst bei Undichtigkeiten an einer Trennwand zwischen Verdichterraum und Kühlraum kein Gas aus derBy the solution according to the invention, the pressure of the cooling medium is maintained during the operation of the compressor device above the pressure of the compressor or compressor medium. According to the invention, this ensures that even with leaks on a partition between the compressor room and the refrigerator no gas from the
Verdichtervorrichtung in das Kühlmedium austreten kann. Die erfindungsgemäße Verdichtervorrichtung ist im Hinblick auf die Gefahrensituation an der Trennwand zwischenCompressor device can escape into the cooling medium. The compressor device according to the invention is in view of the danger situation on the partition between
Verdichterraum und Kühlraum besonders gut abgesichert. Das Gasvolumen des Verdichterraums ist durch den höheren Druck im Kühlraum und den zugehörigen Kühlkreislauf sicher abgedichtet .Compressor room and cold room particularly well secured. The gas volume of the compressor chamber is securely sealed by the higher pressure in the cold room and the associated cooling circuit.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden insbesondere temperatur- und/oder druckbedingte Volumenänderungen im Kühlraum mittels einer Ausgleichseinrichtung durch Einschleusen und Ausschleusen von Kühlmedien in den bzw. aus dem Kühlraum ausgeglichen. Neben der damit erzielten Absicherung der Drucksituation im Kühlraum sind das derartige erfindungsgemäße System und das zugehörige Verfahren ferner unabhängig im Hinblick auf die tatsächliche Größe bzw. das Volumen des Kühlkreislaufs der Verdichtervorrichtung. Egal ob ein großes oder ein kleines Volumen des Kühlkreislaufs vorliegt, das Volumen kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausgleichseinrichtung stets vollständig gefüllt werden.According to the invention, in particular temperature and / or pressure-related volume changes in the cooling space are compensated by means of a balancing device by introducing and discharging cooling media into and out of the cooling space. In addition to the protection of the pressure situation in the cooling chamber thus achieved, the system according to the invention and the associated method are furthermore independent with regard to the actual size or the volume of the cooling circuit of the compressor device. Regardless of whether a large or a small volume of the cooling circuit is present, the volume can always be completely filled by means of the balancing device according to the invention.
Bevorzugt werden bei der erfindungsgemäßen Lösung ferner Gasblasen aus dem Kühlmedium mittels einer Entlüftungseinrichtung abgeführt. DieseIn the solution according to the invention, gas bubbles are also preferably removed from the cooling medium by means of a venting device. These
Entlüftungseinrichtung trägt ebenfalls zur Sicherstellung des erfindungsgemäßen, im Vergleich zum Verdichterraum höheren Drucks im Kühlraum bei.Venting also contributes to ensuring the invention, compared to the compressor room higher pressure in the refrigerator at.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ferner die oben genannte Ausgleichseinrichtung mit einem Differenzdruckregler zum Regeln des Differenzdruckes zwischen dem Kühlraum und dem Verdichterraum gestaltet, der einen Regelkolben und ein mit diesem betätigbares Regelventil aufweist. Auf den Regelkolben wirkt dabei vorteilhaft auf einer Seite der Druck des Kompressors bzw. der Druck, welcher im Verdichterraum vorherrscht. Auf der anderen Seite des Regelkolbens steht insbesondere der Druck des Kühlmediums an, der, damit er höher als der Druck im Verdichterraum gehalten werden kann, durch eine zusätzlich am Regelkolben wirkende Kraft erhöht wird.According to the invention, the above-mentioned compensating device is also designed with a differential pressure regulator for regulating the differential pressure between the cooling space and the compressor space, which has a control piston and a control valve which can be actuated therewith. On the control piston acts advantageous on one side of the pressure of the compressor or the pressure prevailing in the compressor chamber. On the other side of the control piston is in particular the pressure of the cooling medium, which, so that it can be kept higher than the pressure in the compressor chamber, is increased by an additional force acting on the control piston.
Besonders bevorzugt ist der Differenzdruckregler dabei mit einem Regelkolben gestaltet, der eine mit dem Kühlraum fluidleitend verbundene erste Kolbenkammer und eine mit dem Verdichterraum fluidleitend verbundene zweite Kolbenkammer aufweist und bei dem der Regelkolben auf der Seite der zweiten Kolbenkammer federnd in Richtung zur ersten Kolbenkammer vorgespannt ist. Die derartige federnde Vorspannung erzeugt in der ersten Kolbenkammer eine Druckerhöhung im Vergleich zur zweiten Kolbenkammer, so dass auf diese Weise der Druck des Kühlmediums, wie erfindungsgemäß vorgesehen, höher als der Druck des Verdichtermediums gehalten wird.Particularly preferably, the differential pressure regulator is designed with a control piston, which has a first piston chamber fluidly connected to the cooling chamber and a second piston chamber fluidly connected to the compressor chamber and in which the control piston is biased on the side of the second piston chamber resiliently toward the first piston chamber. The resilient bias of this type generates in the first piston chamber an increase in pressure in comparison to the second piston chamber, so that in this way the pressure of the cooling medium, as provided according to the invention, is kept higher than the pressure of the compressor medium.
Die erfindungsgemäße Ausgleichseinrichtung ist ferner bevorzugt mit einer Differenzdruckmesseinrichtung zum Messen des Differenzdrucks zwischen dem Kühlraum und dem Verdichterraum gestaltet. DieThe compensation device according to the invention is further preferred with a differential pressure measuring device for measuring designed the differential pressure between the refrigerator and the compressor room. The
Differenzdruckmessungseinrichtung ermittelt während des Betriebs der erfindungsgemäßen Verdichtervorrichtung den genannten Differenzdruck und erzeugt ein Signal, dass bei geringem oder keinem Differenzdruck mit der oben genannten Ausgleichseinrichtung Kühlmedium in den Kühlkreislauf in den Kühlraum eingeschleust wird.Differential pressure measuring device determined during operation of the compressor device according to the invention, the said differential pressure and generates a signal that at low or no differential pressure with the above-mentioned compensation device cooling medium is introduced into the cooling circuit in the refrigerator.
Die Ausgleichseinrichtung ist dazu bevorzugt mit einemThe compensation device is preferred with a
Druckerzeuger zum Nachfördern von Kühlmedium in den Kühlraum gestaltet, welcher insbesondere, wie oben erläutert, von der Differenzdruckmesseinrichtung betätigbar ist.Pressure generator for Nachfördern cooling medium designed in the refrigerator, which in particular, as explained above, can be actuated by the differential pressure measuring device.
Ferner ist die Ausgleichseinrichtung bevorzugt mit einem Druckablass zum Ablassen von Kühlmedium aus dem Kühlraum gestaltet, welche insbesondere von dem oben genanntem Regelkolben betätigbar ist. Als Druckablass kann ferner vorteilhaft ein Überdruckventil und/oder ein Sicherheitsventil an dem Druckerzeuger vorgesehen sein. Zur Absicherung der erfindungsgemäßen Verdichtervorrichtung sind ferner vorteilhaft so genannte Differenzdruckabsicherungen zwischen der Druckseite des Kühlmediums und der Druckseite des Verdichtermediums vorgesehen, die bei einem erhöhtem Differenzdruck zwischen diesen beiden Seiten eines erfindungsgemäßen Kompressors ab einer vorbestimmten Druckschwelle eine Druckentlastung mittels einer beweglichen Wand sicherstellen.Furthermore, the compensation device is preferably designed with a pressure relief for discharging cooling medium from the cooling space, which can be actuated in particular by the above-mentioned control piston. As a pressure relief may also advantageously be provided on the pressure generator, a pressure relief valve and / or a safety valve. To secure the compressor device according to the invention also advantageously so-called differential pressure protection between the pressure side of the cooling medium and the pressure side of the compressor medium are provided which ensure a pressure relief by means of a movable wall at an increased differential pressure between these two sides of a compressor according to the invention from a predetermined pressure threshold.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.An exemplary embodiment of the solution according to the invention will be explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings.
Es zeigt die Fig. einen stark schematischen Funktionsplan eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verdichtervorrichtung .The FIGURE shows a highly schematic function diagram of an embodiment of a compressor device according to the invention.
Eine Verdichtervorrichtung 10 ist in Gestalt eines Turbokompressors ausgebildet und weist dabei einen Verdichterraum 12 mit einem darin teilweise integrierten Antrieb (nicht dargestellt) des Turbokompressors auf. In dem Verdichterraum 12 befindet sich ein (nicht näher veranschaulichtes) Verdichtermedium.A compressor device 10 is designed in the form of a turbocompressor and has a Compressor space 12 with a partially integrated drive (not shown) of the turbo compressor on. In the compressor chamber 12 is a (not illustrated in detail) compressor medium.
Der Verdichterraum 12 ist von einer Trennwand 14 in Gestalt eines Rohres umgeben, welche den Verdichterraum 12 gegenüber einem Kühlraum 16 kapselt. Der Kühlraum 16 ist Teil einer Kühleinrichtung 18 und beinhaltet ein (nicht näher veranschaulichtes) Kühlmedium, welches durch eineThe compressor chamber 12 is surrounded by a partition wall 14 in the form of a tube which encloses the compressor chamber 12 with respect to a cooling space 16. The cooling space 16 is part of a cooling device 18 and includes a (not illustrated in detail) cooling medium, which by a
Kühlkreislaufleitung 20 aus dem Kühlraum 16 heraus und in diesen hineingefördert werden kann. Das Kühlmedium dient dabei zum Abführen von Wärme, welche hauptsächlich durch den Statorteil des elektrischen Antriebes entsteht. In die Kühlkreislaufleitung 20 sind dazu eine Kühlpumpe 22 mit einem zugehörigen Kühlpumpenantrieb 24 sowie ein Kühler 26 in Reihe geschaltet .Cooling circuit line 20 from the refrigerator 16 and out into this can be conveyed. The cooling medium serves to dissipate heat, which arises mainly through the stator of the electric drive. In the cooling circuit line 20 to a cooling pump 22 with an associated cooling pump drive 24 and a cooler 26 are connected in series.
An der Verdichtervorrichtung 10 ist eine Differenzdruckregeleinrichtung 28 vorgesehen, die einenAt the compressor device 10, a differential pressure control device 28 is provided which a
Regelkolben 30 aufweist. Der Regelkolben 30 trennt eine erste Kolbenkammer 32 von einer zweiten Kolbenkammer 34 ab, wobei in der ersten Kolbenkammer 32 der Druck des Kühlmediums und in der zweiten Kolbenkammer 34 der Druck des Verdichtermediums ansteht. In der zweiten Kolbenkammer 34 befindet sich ferner ein Federelement 36, mittels dem der Regelkolben 30 federnd in Richtung auf die erste Kolbenkammer 32 gedrängt wird. Auf diese Weise herrscht in der ersten Kolbenkammer 32 ein im Vergleich zur zweiten Kolbenkammer 34 höherer Druck.Control piston 30 has. The control piston 30 separates a first piston chamber 32 from a second piston chamber 34, wherein in the first piston chamber 32, the pressure of the cooling medium and in the second piston chamber 34, the pressure of the compressor medium is present. In the second piston chamber 34 is also a spring element 36, by means of which the control piston 30 is urged resiliently in the direction of the first piston chamber 32. In this way prevails in the first piston chamber 32 in comparison to the second piston chamber 34 higher pressure.
Vom Regelkolben 30 ist ferner ein Ventil 38 betätigbar, mittels dem Kühlmedium aus der Kühlkreislaufleitung 20 ausgeschleust werden kann. Dieses Ausschleusen findet statt, wenn sich das Volumen des Kühlmediums in derFrom the control piston 30, a valve 38 is further actuated, by means of the cooling medium from the cooling circuit line 20 can be discharged. This discharging takes place when the volume of the cooling medium in the
Kühlkreislaufleitung 20 im Bereich zwischen dem Kühlraum 16 und der Kühlpumpe 22 (insbesondere auf Grund einer Erwärmung des Kühlmediums) ausdehnt. Die derartige Ausdehnung des Kühlmediums führt dazu, dass der Regelkolben 30 in Richtung zur zweiten Kolbenkammer 34 gedrängt wird und dadurch das Ventil 38 geöffnet wird. Das Ventil 38 gibt dann eine Leitung zu einer Nachfüll- und Speichereinrichtung 40 frei, durch die Kühlmedium abfliesen kann. Das Ventil 38 ist im eingebauten Zustand im System an der höchsten Stelle angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass das Ventil 38 die Funktion einer Entlüftungseinrichtung übernimmt und das System über das Ventil 38 entlüftet wird. Eine Differenzdruckmesseinrichtung 42 ist dazu vorgesehen, den Differenzdruck zwischen der ersten Kolbenkammer 32 und der zweiten Kolbenkammer 34 messtechnisch zu erfassen. Die Differenzdruckmesseinrichtung 42 weist dazu ein Messmittel 44 und einen Signalerzeuger 46 einer vordefinierten oberen Messschwelle sowie einen Signalerzeuger 48 einer vordefinierten unteren Messschwelle auf. Wenn derCooling circuit line 20 in the region between the cooling chamber 16 and the cooling pump 22 (in particular due to heating of the cooling medium) expands. Such expansion of the cooling medium causes the control piston 30 in the direction is forced to the second piston chamber 34 and thereby the valve 38 is opened. The valve 38 then releases a line to a refill and storage device 40 through which cooling medium can drain. The valve 38 is arranged in the installed state in the system at the highest point. This ensures that the valve 38 assumes the function of a venting device and the system is vented via the valve 38. A differential pressure measuring device 42 is provided to detect the differential pressure between the first piston chamber 32 and the second piston chamber 34 by measurement. For this purpose, the differential pressure measuring device 42 has a measuring means 44 and a signal generator 46 of a predefined upper measuring threshold as well as a signal generator 48 of a predefined lower measuring threshold. If the
Differenzdruck zwischen der ersten Kolbenkammer 32 und der zweiten Kolbenkammer 34 unter den Wert der unteren Messschwelle absinkt, erzeugt der Signalerzeuger 48 ein elektrisches Signal, welches zu einer Steuerung 50 eines Nachfüllpumpenantriebs 52 geleitet wird. DerDifferential pressure between the first piston chamber 32 and the second piston chamber 34 drops below the value of the lower measurement threshold, the signal generator 48 generates an electrical signal, which is passed to a controller 50 of a Nachfüllpumpenantriebs 52. Of the
Nachfüllpumpenantrieb 52 gehört zu einer Nachfüllpumpe 54, mittels der Kühlmedium aus einem Speichertank 56 der Nachfüll- und Speichereinrichtung 40 vorbei an einem Sicherheitsventil 58 durch eine Rückschlagarmatur 60 und ein Absperrorgan 62 in die Kühlkreislaufleitung 20 eingeschleust werden kann.Nachfüllpumpenantrieb 52 belongs to a refill pump 54, by means of the cooling medium from a storage tank 56 of the refill and storage device 40 past a safety valve 58 through a check valve 60 and a shut-off valve 62 can be introduced into the cooling circuit line 20.
Das Sicherheitsventil 58 sichert die Nachfüll- und Speichereinrichtung 40 und im Wesentlichen die durchführende Leitung hinter der Pumpe 54 dabei gegen Überdruck z. B. bei geschlossener Rückschlagarmatur 60 oder geschlossenem Absperrorgan ab, während die Rückschlagarmatur 60 einen Rückfluss von Kühlmittel aus der Kühlkreislaufleitung 20 zurück in den Speichertank 56 während des Stillstands der Nachfüllpumpe 54 verhindert.The safety valve 58 secures the refilling and storage device 40 and essentially the line passing behind the pump 54 against overpressure z. B. with closed check valve 60 or closed shut-off, while the check valve 60 prevents a backflow of coolant from the cooling circuit line 20 back into the storage tank 56 during standstill of the refill 54.
Das Kühlmedium wird mittels der Nachfüllpumpe 54 in die Kühlkreislaufleitung 20 zwischen dem Kühlraum 16 und der Kühlpumpe 22 eingeleitet, so dass damit auch der Druck im Kühlraum 16 sowie in der ersten Kolbenkammer 32 erhört wird. Diese Erhöhung des Drucks erfolgt solange, bis mit dem Signalerzeuger 46 die obere Messschwelle für die Druckdifferenz zwischen der ersten Kolbenkammer 32 und der zweiten Kolbenkammer 34 ermittelt wird.The cooling medium is introduced by means of the refill pump 54 in the cooling circuit line 20 between the cooling chamber 16 and the cooling pump 22, so that so that the pressure in Refrigerator 16 and in the first piston chamber 32 is heard. This increase in pressure takes place until the signal generator 46 determines the upper measuring threshold for the pressure difference between the first piston chamber 32 and the second piston chamber 34.
Auf diese Weise bilden die Differenzdruckregeleinrichtung 28 mit ihrem Ventil 38, die Differenzdruckmesseinrichtung 42 sowie die Nachfüll- und Speichereinrichtung 40 mit ihrer Nachfüllpumpe 54 zusammen eine Ausgleichseinrichtung 64, mittels der sichergestellt ist, dass während des Betriebs der Verdichtervorrichtung 10 der Druck des Kühlmediums im Kühlraum 16 über den Druck des Verdichtermediums im Verdichterraum 12 gehalten wird.In this way, the differential pressure control device 28 with its valve 38, the differential pressure measuring device 42 and the refilling and storage device 40 together with their refill pump 54 together a compensation device 64, by means of which it is ensured that during operation of the compressor device 10, the pressure of the cooling medium in the cooling chamber 16th is held above the pressure of the compressor medium in the compressor chamber 12.
An der Nachfüll- und Speichereinrichtung 40 ist schließlich noch ein Regelventil 66 zum Einschleusen von Stickstoff in den Speichertank 56 vorgesehen, was bei Kühlmedien stattfindet, die empfindlich gegen Luftfeuchtigkeit oder Luftsauerstoff reagieren bzw. die gegen eine äußereFinally, a control valve 66 for introducing nitrogen into the storage tank 56 is provided at the refilling and storage device 40, which takes place in the case of cooling media which are sensitive to atmospheric moisture or atmospheric oxygen or which are sensitive to an external one
Atmosphäre abgeschirmt werden sollen. Ein am Speichertank 56 ferner vorgesehenes Überdruckventil 68 sichert dabei den Speichertank 56 gegen Überdruck ab.Atmosphere should be shielded. A further provided on the storage tank 56 pressure relief valve 68 secures the storage tank 56 against overpressure.
Ferner sind zwischen dem Kühlraum 16 und dem Verdichterraum 12 noch zwei Differenzdruckabsicherungen 70 und 72 zwischengeschaltet, die bei einem überhohen Differenzdruck zwischen dem Verdichterraum 12 und dem Kühlraum 16 zu beiden Seiten (d.h. einmal in Richtung des Verdichterraums 12 und einmal in Richtung des Kühlraums 16) ab einer vordefinierten Druckschwelle eine Druckentlastung bilden können. Furthermore, two differential pressure fuses 70 and 72 are interposed between the cooling chamber 16 and the compressor chamber 12, which at an excessive differential pressure between the compressor chamber 12 and the cooling chamber 16 on both sides (ie once in the direction of the compressor chamber 12 and once in the direction of the cooling chamber 16). from a predefined pressure threshold can form a pressure relief.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betrieb einer Verdichtervorrichtung (10) mit einem elektrischen Antrieb, einem Verdichterraum (12) und einem an den Verdichterraum (12) angrenzenden Kühlraum (16), bei welchem der Verdichterraum (12) von einer Trennwand (14) in Gestalt eines Rohres umgeben ist, welche den Verdichterraum (12) gegenüber einem Kühlraum (16) kapselt und der Kühlraum (16) Teil einer Kühleinrichtung (18) ist und ein Kühlmedium beinhaltet, welches durch eineAnspruch [en] A method for operating a compressor device (10) having an electric drive, a compressor chamber (12) and a cooling space (16) adjoining the compressor chamber (12), in which the compressor chamber (12) is formed by a partition (14) in the form of a Pipe is surrounded, which surrounds the compressor chamber (12) with respect to a cooling space (16) and the cooling space (16) is part of a cooling device (18) and includes a cooling medium, which by a
Kühlkreislaufleitung (20) aus dem Kühlraum (16) heraus und in diesen hineingefördert werden kann, wobei das Kühlmedium zum Abführen von Wärme dient, welche hauptsächlich durch einen Statorteil des elektrischen Antriebes entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Verdichtervorrichtung (10) der Druck des Kühlmediums im Kühlraum (16) über dem Druck eines Verdichtermediums im Verdichterraum (12) gehalten wird.Cooling circuit line (20) from the cooling space (16) out and can be conveyed into it, wherein the cooling medium is used for dissipating heat, which mainly by a stator of the electric drive, characterized in that during operation of the compressor device (10) of the Pressure of the cooling medium in the cooling chamber (16) above the pressure of a compressor medium in the compressor chamber (12) is held.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem insbesondere temperatur- und/oder druckbedingte Volumenänderungen im Kühlraum (16) mittels einer Ausgleichseinrichtung (64) durch Einschleusen und Ausschleusen von Kühlmedium in den bzw. aus dem Kühlraum (16) ausgeglichen werden.2. The method of claim 1, wherein in particular the temperature and / or pressure-induced volume changes in the cooling chamber (16) by means of a balancing device (64) by introducing and discharging cooling medium into and out of the cooling chamber (16) are compensated.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Gasblasen aus dem Kühlmedium mittels einer Entlüftungseinrichtung (38) abgeführt werden.3. The method of claim 1 or 2, wherein the gas bubbles are removed from the cooling medium by means of a venting device (38).
4. Verdichtervorrichtung (10) mit einem Verdichterraum (12) und einem an den Verdichterraum (12) angrenzenden Kühlraum4. compressor device (10) with a compressor chamber (12) and one of the compressor chamber (12) adjacent cooling space
(16), mit einem elektrischen Antrieb, einem Verdichterraum (12) und einem an den Verdichterraum (12) angrenzenden Kühlraum (16), bei welchem der Verdichterraum (12) von einer Trennwand (14) in Gestalt eines Rohres umgeben ist, welche den Verdichterraum (12) gegenüber einem Kühlraum (16) kapselt und der Kühlraum (16) Teil einer Kühleinrichtung 18 ist und ein Kühlmedium beinhaltet, welches durch eine(16), comprising an electric drive, a compressor chamber (12) and a cooling chamber (16) adjoining the compressor chamber (12), in which the compressor chamber (12) is surrounded by a partition (14) in the form of a tube which surrounds the compressor Compressor space (12) relative to a cooling space (16) encapsulates and the cooling space (16) is part of a cooling device 18 and includes a cooling medium, which by a
Kühlkreislaufleitung (20) aus dem Kühlraum (16) heraus und in diesen hineingefördert werden kann, wobei das Kühlmedium zum Abführen von Wärme dient, welche hauptsächlich durch einen Statorteil des elektrischen Antriebes entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Mittel zum Halten des Drucks eines Kühlmediums im Kühlraum (16) über dem Druck eines Verdichtermediums im Verdichterraum (12) während des Betriebs der Verdichtervorrichtung (10) .Cooling circuit line (20) from the cooling space (16) out and into this can be conveyed, wherein the cooling medium is used for dissipating heat, which mainly by a stator part of the electric drive, characterized in that having a means for holding the pressure of a cooling medium in the cooling chamber (16) above the pressure of a compressor medium in the compressor chamber (12) during operation of the compressor device (10).
5. Verdichtervorrichtung nach Anspruch 4, bei dem das Mittel mit einer Differenzdruckmesseinrichtung (42) zum Messen des Differenzdruckes zwischen dem Kühlraum (16) und dem Verdichterraum (12) gestaltet ist.5. Compressor device according to claim 4, wherein the means is designed with a differential pressure measuring device (42) for measuring the differential pressure between the cooling space (16) and the compressor space (12).
6. Verdichtervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Mittel mit einem Differenzdruckregler (28) zum Regeln des Differenzdruckes zwischen dem Kühlraum und dem Verdichterraum gestaltet ist, der einen Regelkolben (30) und ein mit diesem betätigbares Regelventil aufweist.6. Compressor device according to claim 4 or 5, wherein the means is designed with a differential pressure regulator (28) for regulating the differential pressure between the cooling space and the compressor chamber having a control piston (30) and a controllable with this control valve.
7. Verdichtervorrichtung nach Anspruch 6, bei dem der Regelkolben (30) eine mit dem Kühlraum (16) fluidleitend verbundene erste Kolbenkammer (32) und eine mit dem Verdichterraum (12) fluidleitend verbundene zweite Kolbenkammer (34) aufweist und auf der Seite der zweiten Kolbenkammer (34) federnd in Richtung zur ersten Kolbenkammer (32) vorgespannt ist.7. compressor device according to claim 6, wherein the control piston (30) with the cooling chamber (16) fluidly connected first piston chamber (32) and one with the compressor chamber (12) fluidly connected second piston chamber (34) and on the side of the second Piston chamber (34) is resiliently biased in the direction of the first piston chamber (32).
8. Verdichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem das Mittel mit einer Ausgleichseinrichtung (64) zum Einschleusen und Ausschleusen von Kühlmedium in den bzw. aus dem Kühlraum (16) gestaltet ist, um insbesondere temperatur- und/oder druckbedingte Volumenänderungen des Kühlmediums im Kühlraum (16) auszugleichen. 8. Compressor device according to one of claims 4 to 7, wherein the means with a balancing device (64) for introducing and discharging cooling medium into and out of the cooling chamber (16) is designed to in particular temperature and / or pressure-induced volume changes of Cooling medium in the cold room (16) compensate.
9. Verdichtervorrichtung nach Anspruch 8, bei dem die Ausgleichseinrichtung (64) mit einem Druckerzeuger (54) zum Nachfördern von Kühlmedium in den Kühlraum gestaltet ist.9. compressor device according to claim 8, wherein the balancing device (64) with a pressure generator (54) is designed for Nachfördern cooling medium in the cold room.
10. Verdichtervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Ausgleichseinrichtung (64) mit einem Druckablass (38) zum Ablassen von Kühlmedium aus dem Kühlraum (16) gestaltet ist.10. Compressor device according to claim 8 or 9, wherein the balancing device (64) with a pressure relief (38) for discharging cooling medium from the cooling space (16) is designed.
11. Verdichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, bei dem das Mittel mit einer Entlüftungseinrichtung (38) gestaltet ist, um Gasblasen aus dem Kühlmedium abzuführen. 11. Compressor device according to one of claims 4 to 10, wherein the means is designed with a venting device (38) to remove gas bubbles from the cooling medium.
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